Активная зона реактора ВВЭР-1200 (В-392М). Назначение и проектные основы

1.

Активная зона реактора ВВЭР-1200 (В-392М)
Назначение и проектные основы
1

2.

1 Активная зона реактора ВВЭР-1200 (В-392М) состоит из 163 ТВС, в части
из которых, в соответствии с картограммой активной зоны, размещаются
121 ПС СУЗ.
ТВС предназначены для генерирования тепла и передачи его с
поверхности твэлов теплоносителю в течение проектного срока службы
без превышения допустимых проектных пределов повреждения твэлов.
ПС СУЗ предназначены для быстрого прекращения ядерной
реакции в активной зоне, поддержания мощности на заданном
уровне и ее перевода с одного уровня на другой, выравнивания поля
энерговыделения по высоте активной зоны, предупреждения и
подавления ксеноновых колебаний. ПС СУЗ, сцепленный со штангой
привода, представляет собой ОР СУЗ.
Для проекта энергоблока №1 Нововоронежской АЭС (РУ ВВЭР1200) выбрана активная зона реактора с использованием ТВС,
обеспечивающими:
номинальную тепловую мощность реактора 3200 МВт;
длительность работы РУ между перегрузками 12 месяцев (с
учетом времени на ППР).
2

3.

В основу конструкции ТВС для ВВЭР-1200 положены решения,
опробованные и имеющие положительный опыт эксплуатации на
действующих энергоблоках ВВЭР-1000 в следующих конструкциях:
- ТВС-2 (со штатным количеством топлива). ТВС-2
находилась в опытно-промышленной эксплуатации, начиная с
2003 года, а с 2006 года переведена в промышленную
эксплуатацию на энергоблоках №1-4 Балаковской АЭС и №1
Ростовской АЭС;
- ТВС-2М (с увеличенным количеством топлива). ТВС2М в 2006-2010 годах успешно прошла опытнопромышленную эксплуатацию на энергоблоке №1
Балаковской АЭС, с 2010 года переведена в промышленную
эксплуатацию, в 2010 году энергоблок №2 Ростовской АЭС
введен в эксплуатацию с активной зоной полностью
состоящей из ТВС-2М. начиная с первой топливной
загрузки.
В настоящее время энергоблоки №1-4 Балаковской АЭС и
№1, 2 Ростовской АЭС эксплуатируются с активными зонами
полностью состоящими из ТВС-2М в 18 месячном топливном
цикле на мощности 104 % Nном.
3

4.

Безопасность активной зоны обеспечивается наличием барьеров,
ограничивающих распространение радиоактивных продуктов деления
топлива. Такими барьерами являются топливная матрица и оболочка
твэла.
Обеспечение
безопасной
эксплуатации
основано
на
осуществлении мероприятий по сохранению и поддержанию
целостности и герметичности оболочек твэлов.
В проекте активной зоны не превышаются пределы повреждения
твэлов:
эксплуатационный предел повреждения твэлов - в режимах НЭ:
1) дефекты типа газовой неплотности – не более 0,2 % от числа
твэлов в активной зоне;
2) прямой контакт ядерного топлива с теплоносителем – не более
0,02 % от числа твэлов в активной зоне;
предел безопасной эксплуатации повреждения твэлов - в режимах
ННЭ:
1)
дефекты типа газовой неплотности - не более 1 % от числа
твэлов в активной зоне;
2)
прямой контакт ядерного топлива с теплоносителем – не
более 0,1 % от числа твэлов в активной зоне.
4

5.

Для контроля соблюдения данных пределов в процессе
эксплуатации в проекте установлены предельные значения удельной
активности реперных изотопов йода в пробах воды с учетом требований
к системе очистки теплоносителя :
-эксплуатационному пределу по негерметичности твэлов соответствует
суммарная удельная активность радионуклидов I-131 – I-135 в
теплоносителе первого контура реактора – 1,66 107 Бк/кг (4,5 10-4 Ки/кг);
- пределу безопасной эксплуатации по негерметичности твэлов
соответствует суммарная удельная активность радионуклидов I-131 – I135 в теплоносителе первого контура реактора - 1,85 108 Бк/кг (5 10-3
Ки/кг).
5

6.

Для оценки состояния активной зоны в режимах проектных аварий
установлены следующие проектные пределы:
- максимальный проектный предел повреждения твэлов, который
соответствует непревышению следующих предельных параметров,
которые являются проектными критериями в отношении топливных
стержней в аварии с потерей теплоносителя :
1) температура оболочек твэлов - не более 1200 С;
2) эквивалентная степень окисления оболочек твэлов должна быть не
более предельного значения, устанавливаемого в проекте на основе
экспериментальных данных;
3) доля прореагировавшего циркония в активной зоне не более 1 % его
массы в оболочках твэлов;
6

7.

В проекте установлено предельное значение эквивалентной степени
окисления оболочек твэлов 18 %, которое экспериментально обосновано.
Температура плавления диоксида урана: Tпл = 2840 – 0,56∙B, °С, где В выгорание, МВт.сут/кг U, добавка Gd2O3 снижает температуру солидуса, при
содержании Gd2O3 5 и 8 % она составляет 2405 и 2300 °С соответственно .
Предельные значения усредненной по сечению топливной таблетки
энтальпии топлива экспериментально обоснованы и составляют 963 Дж/г для
свежего топлива и топлива с выгоранием до 50 МВт сут/кгU и 691 Дж/г для
топлива с выгоранием более 50 МВт сут/кгU в любом сечении по высоте твэла.
Основные требования к тепловыделяющим элементам, вытекающие из
документов Ростехнадзора, заключаются в следующем:
- обеспечивать такую конструкцию топливной системы, которая в
состоянии выдержать механические нагрузки в соответствующих проектных
режимах;
- обеспечивать наличие барьера, разделяющего топливо, продукты деления
и теплоноситель в режимах нормальной эксплуатации и нарушений нормальной
эксплуатации;
выдерживать
коррозионные,
электро-химические,
тепловые,
механические и радиационные воздействия на материалы;
- обеспечивать приемлемый расход теплоносителя и теплопередачу в
проектных режимах;
7
- обеспечивать работоспособность в составе топливной сборки.

8.

Проектное обоснование твэлов (твэгов) ВВЭР-1200 обуславливается:
- использованием в твэлах ВВЭР-1200 конструктивных и
топливных материалов, применяемых в ВВЭР-1000;
незначительным изменением конструкции твэла, а именно,
увеличением высоты топливного столба на 50 мм, относительно
прототипа
твэлов
ТВС-2М,
прошедших
в
2006-2010 годах опытную эксплуатацию на блоке №1 Балаковской
АЭС и в настоящее время эксплуатируемых в составе ТВС-2М в
промышленной эксплуатации. Остальные параметры – наружный и
внутренний диаметр оболочки, наружный диаметр таблетки,
диаметр центрального отверстия в таблетке твэла ВВЭР-1200
идентичны твэлу ТВС-2М ВВЭР-1000;
принципиальным для работоспособности и системы критериев
твэлов является сохранение объема газосборника под оболочкой
твэла ВВЭР-1200, что достигнуто путем уменьшения габаритного
размера верхней концевой детали – головки ТВС ВВЭР-1200 по
сравнению с ТВС-2М ВВЭР-1000;
- непревышением максимального выгорания топлива в
среднем по ТВС – 60 МВт сут/кгU, освоенного при
эксплуатации топлива ВВЭР-1000.
8

9.

Технические характеристики активной зоны
Наименование характеристики
Значение
Количество ТВС, шт.
163
163
Количество ТВС с ПС СУЗ, шт.
121
61
Мощность реактора тепловая (номинальная), МВт
3200
3000
Давление теплоносителя на выходе из реактора, абсолютное
(номинальное), МПа
16,2
15,7
Температура теплоносителя на входе в реактор, номинальная, оС
298,2
289,8
Температура теплоносителя на выходе из реактора, номинальная, оС
328,6
320
Шаг между ТВС, м
0,236
0,236
Расход теплоносителя через активную зону, (при температуре на
входе), м3/ч, номинальный
85000
84000
Проходное сечение активной зоны, м2
4,15
4,17
Высота обогреваемой части (в холодном состоянии), м, номинальная
3,73
3,53
Номинальное время пребывания ТВС в активной зоне при ежегодной
перегрузке топлива, топливных загрузок
3-4
3
До 46000
24000
Средняя расчетная глубина выгорания топлива в выгружаемых ТВС
для режима стационарных перегрузок, МВт сут/кг U
55,5
43
Максимальная допустимая глубина выгорания топлива в ТВС,
МВт сут/кг U
60,0
49
Время падения ОР СУЗ при срабатывании аварийной защиты, в
пределах, с
1,2-4,0
4
0,02
0,02
Максимальное эффективное время эксплуатации ТВС (с учетом
работы на мощностном эффекте реактивности), эфф.ч
Скорость перемещения ПС СУЗ в режиме регулирования, м/с,
номинальная
Примечание - Точность поддержания параметров реактора (с учётом погрешностей
измерения и регулирования):
- по тепловой мощности - не более + 4 % от номинального значения;
- по давлению теплоносителя первого контура - не более 0,3 МПа.
9

10.

Картограмма стационарной топливной загрузки
10

11.

Характеристики ТВС
Наименование параметра
Значение
Максимально допустимая мощность ТВС, МВт
31 (27)
Площадь проходного сечения пучка твэл с учетом половины межкассетного
зазора в активной зоне, м2
0,02546
Гидравлический диаметр пучка твэл в активной зоне, м
0,01051
Форма ТВС
Высота ТВС, мм
Размер «под ключ» ТВС, мм, максимальный
Количество твэлов и твэгов в ТВС, шт.
Сетка расположения твэлов (твэгов)
Шаг между твэлами (твэгами), мм
Шестигранная призма
4570 1
235,1
312
Равномерно треугольная
12,75
Топливо таблетки твэла
Диоксид урана (UO2)
Топливо таблетки твэга
Спеченная смесь диоксида
урана и оксида гадолиния
(UO2+ Gd2O3)
Плотность топлива в твэлах, кг/м3
(10,4-10,7)·103
Плотность топлива в твэгах, кг/м3:
- для таблеток с массовой долей Gd2O3 5,0 %;
- для таблеток с массовой долей Gd2O3 8,0 %
(10,4-10,7)·103
(10,3-10,7)·103
Массовая доля Gd2O3 в топливе твэгов, %
Массовая доля смеси изотопов урана в топливе, %, не менее:
- для твэлов;
- для твэгов
5,0; 8,0
87,9
80,4
Материал оболочки твэла (твэга)
Сплав Э-110
Наружный диаметр оболочки твэла (твэга), мм
9,10 0,04
11

12.

Характеристики ТВС
Наименование параметра
Внутренний диаметр оболочки твэла (твэга), мм
Наружный диаметр топливной таблетки твэла (твэга), мм
Диаметр центрального отверстия в топливной таблетке твэла
(твэга), мм
Размер зерна в топливной таблетке UO2, мкм, не менее
Размер зерна в топливной таблетке UO2+ Gd2O3, мкм
Высота топливной таблетки, мм
Высота столба топлива в холодном состоянии в твэле (твэге), мм,
номинальная
Масса топлива в твэле, кг, номинальная
Масса топлива в твэге (при содержании Gd2O3 5 %), кг номинальная
Значение
7,73+0,06
7,60-0,03
(7,57)
1,2+0,2
(1,5)
25
от 6 до 25
9,0-12,0
3730
1,712
1,712
Масса топлива в твэге (при содержании Gd2O3 8 %), кг, номинальная
1,695
Масса топлива в ТВС, кг
534,1±4,5 (491,4)
Температура наружной поверхности оболочки твэла (в
стационарном режиме), оС, не более
355
Среднее обогащение топлива ТВС по U235 для первой загрузки, % 1,30; 2,40; 3,27; 4,00; 4,37
масс.
Среднее обогащение топлива ТВС по U235 для стационарной
топливной загрузки, % масс.
3,98; 4,95; 4,90; 4,93
Количество твэгов в пределах одной ТВС, шт.
0; 6; 9; 12
235
Обогащение топлива в твэгах по U , % масс.
2,40; 3,30; 3,60
Направляющий канал:
- количество, шт.;
18
- материал;
Э-635
- наружный диаметр, мм;
13,0 0,05
- внутренний диаметр, мм
11,0+0,1
- масса, кг, номинальная
1,04
Дистанционирующая решетка:
- количество, шт.;
13
- материал;
Э-110
- высота ячейки, мм, номинальная;
30
- высота обода, мм, номинальная;
40
- толщина стенки ячейки, мм, номинальная;
0,3
12

13.

Характеристики ТВС
Наименование параметра
Шаг размещения ДР по высоте ТВС:
- от НР до ДР №1
- от ДР №1 до ДР №2
- от ДР №2 до ДР №11
- от ДР №11 до ДР №13
Инструментальный канал:
- количество, шт.;
- материал;
- наружный диаметр, мм;
- внутренний диаметр, мм
- масса, кг, номинальная
Значение
100
250
340
280
1
Э-635
13,0 0,05
11,0+0,1
0,93
Решетка нижняя:
- количество, шт.;
- материал
1
сталь 12Х18Н10Т
Хвостовик:
- количество, шт.;
- материал
1
сталь 12Х18Н10Т
Головка:
- количество, шт.;
- материал
1
сталь 12Х18Н10Т
Пружинный блок:
- количество пружин, шт., общее
- количество пружин, участвующих в демпфировании
ОР СУЗ, шт.
- материал пружин
- диаметр проволоки пружин, мм
Масса ТВС, номинальная, кг
19
16
сплав ХН77ТЮР
5,1
750
13